米兰官网-打印“光子织物”，像印报纸一样简单—新闻—科学网

4月22日，中国科学院化学研究所研究员宋延林团队结合新加坡国立年夜学传授仇成伟团队于《天然》上发文，提出打印多标准光学超质料的全新范式，用低成本的纳米颗粒“墨滴”实现了全彩色打印。同时，团队自立研发的打印制造装备，实现了多标准光学超质料的年夜范围可节制备与精准集成，让超质料出产“像印报纸同样简朴”。

“研究结果能于高程度期刊上发表，咱们固然兴奋，但这远不是咱们的方针。”宋延林告诉《中国科学报》，“咱们但愿为行业、为国度、为世界作出孝敬。”

“打印”光子织物

天然界的五彩斑斓，年夜多源自自然色素份子。这种份子接收特定波长的光芒，将残剩光芒反射进入人眼，由此形成的色采被称为“化学色”。而另外一些灿艳色采则由物理布局孕育发生，好比胡蝶党羽上幻化灵动的金属光泽，这类“布局色”的秘密，就藏于微不雅世界中排布精良的纳米布局里。

“它素质上依赖的是肉眼不成见的、纳米标准的周期性微不雅布局。”宋延林先容道。当这类布局周期与可见光波长相匹配时，对于特定波长的光孕育发生选择性反射与衍射，使这部门光没法于质料内部流传，进而形成光子带隙。与染料靠接收部门光芒显色差别，布局色恰是依赖这部门没法透过的光，出现出咱们所见的色采。

如今，科学家已经再也不满意在简朴模拟天然，而是测验考试经由过程人工设计，修筑出一种可肆意调控光芒的“光子织物”——光学超质料。于这类“织物”上，只需经由过程调控布局单位的几何参数与空间排布，就能够冲破传统质料的物理极限，实现光的偏转、隐身、聚焦、全息成像等一系列自然质料难以实现的非凡光学功效。

不外，光学超质料的研究及运用今朝仍面对布局研究局限、制备效率低成本高的难题，拦阻其走向现实运用。

对于此，宋延林团队立异性地采用“打印”的计谋，冲破上述技能瓶颈。这一历程面对着从微米到纳米标准的精准描摹节制，以和微纳布局与光学机能之间定量构效瓜葛确立的两重挑战。

团队以一种白色的高份子乳液质料为“墨滴”、聚合物膜为“纸张”，创制由纳米颗粒有序组装而成的三维微米“穹顶”布局。这让研究职员可以或许像设计师同样，综合调控“穹顶”的巨细、曲率以和内部纳米颗粒的尺寸。

研究职员暗示，每个打印而成的微小墨滴都成为一个可切确显示特定颜色的“像素点”。无需利用任何化学染料，就能打印出全彩色丹青，实现对于色采的高精度、定制化调控。

论文配合第一作者、仇成伟团队的陈剑锋博士暗示，这项研究的意义远不止在对于色采的调控，更主要的是展现了多标准光学超质料的光场调控纪律。

多标准超质料设计架构和制备计谋。研究团队供图

此外，该超质料还有具有优秀的本征柔性与情况不变性，为其于柔性可穿着光学、智能传感等范畴的运用拓展了空间。

“像印报纸同样简朴”

2024年4月先后，科研团队于试验室乐成实现了小范围的打印。

“宋教员一直鼓动勉励咱们，科研事情中要做到最佳。”论文通信作者、化学所副研究员李会增暗示。是以，怎样冲破试验室“单点制备”的局限，实现米级的年夜面积工业化出产，成为一项新的挑战。

这要求团队必需研制出一台专用的“卷对于卷”装备。所谓“卷对于卷”，是一种近似在报纸印刷的持续出产工艺，可以或许像卷纸同样持续不停地举行质料打印与出产，是实现技能低成本、范围化运用的要害。

为了霸占这一难关，团队于两年时间内不停摸索，从最初利用几十千克重的金属板举行验证，到终极于化学所昌平基地搭建起3.7米长的卷对于卷出产线。研发的历程并不是一路顺风。论文第一作者、化学所李凯旋博士回忆道：“技能还没有成熟时，打印出的画面经常是一片恍惚，或者者混乱无章犹如下雨时凌乱的雨珠。”

起色呈现于两个月后，团队第一次乐成打印出清楚的图案。今后，团队又对于装备举行了连续的改良与优化，乐成构建了首套撑持微米—纳米跨标准集成打印的卷对于卷增材制造平台。

“这项结果表现了质料科学、微纳光学与进步前辈制造的深度交织交融。团队开发的卷对于卷增材纳米打印技能，让光学超质料的出产变患上像印报纸、书刊同样简朴高效，不仅完全打破了高成本的技能壁垒，年夜幅晋升了量产效率，还有能经由过程按需打印，为每个超质料像素单位定制专属的光学性子，从而为定制化微纳光学研究斥地了全新思绪。”宋延林为此感应欣慰。

跨标准光学集成打印。研究团队供图

20年深挚堆集

于宋延林看来，团队之以是能于短期内快速研制出这台装备，离不开他们已往20多年于“纳米绿色印刷”范畴的深挚积淀。

宋延林先容说：“咱们霸占了液滴精准成型的基础科学难题，锚定了‘万物皆为墨’的焦点技能愿景。”

多年来，他们经由过程对于印刷墨滴于干燥历程中的“咖啡环效应”“瑞利不不变性”和“马拉格尼效应”等科学难题的深切研究，对于墨滴多种图案成形举行切确节制，实现对于纳米功效质料“点、线、面、体”的邃密图案化组装，冲破了传统印刷技能的精度极限。

与此同时，团队于盲文印刷出书中率先实现了卷对于卷技能的工业化量产，也堆集了名贵的持续出产与装备调试经验。

科研团队认为，恰是基在这类从理论到运用装备的全链条立异，纳米绿色印刷制造的运用界限被进一步拓宽。

面向将来，他们将继承以“微纳交融，印刷制造”为焦点理念，缭绕这项新技能研发新一代高敏捷光学传感芯片，连续挖掘质料本征特征与人工布局设计协同优化的潜力。

“信赖这项技能于光子信息、防伪成像、周详医学传感、绿色光子能源等要害范畴，将具备巨年夜的运用空间与财产化价值。”宋延林暗示。

相干论文信息：http://doi.org/10.1038/s41586-026-10408-8